Kết cấu bê tông ứng suất trước-Bài 2: Vật liệu và cấu tạo doc

KẾT CẤU BÊTÔNG ỨNG SUẤT TRƯỚC
BÀI 2
VẬT LIỆU VÀ CẤU TẠO BÊTÔNG ỨNG SUẤT TRƯỚC
2.1 KHÁI QUÁT CHUNG VỀ SỬ DỤNG VẬT LIỆU
Các loại vật liệu:
- Căng trước: Bêtông, cốt thép thường, cốt thép căng

- Căng sau: Bêtông, cốt thép thường, cốt thép căng, ống gen, neo,
vữa bơm



2

Ống gen đặt bó cốt thép căng

Thi công sàn BTƯST căng sau

3




Thiết bị neo cốt thép căng




4
Freyssnet F. (1928) chỉ ra sự cần thiết phải sử dụng vật liệu cường độ cao đối với
BTUST.

5

Sử dụng cốt thép cường độ cao:

Biến dạng do co ngót và từ biến của bêtông:

. Biến dạng này làm giảm ứng suất trong cốt thép căng:


=

Nếu sử dụng cốt thép thường thì giá trị tổn hao này là quá lớn.

Từ đó rút ra kết luận: cần sử dụng cốt thép cường độ cao.






6
Sử dụng bêtông cường độ cao:

- Giảm trọng lượng bản thân kết cấu Æ làm cho kết cấu có thể vượt được nhịp
lớn hơn.

- Giảm được giá trị tổn hao ứng suất trước do biến dạng đàn hồi, co ngót và từ
biến của bêtông.

- Làm chậm sự xuất hiện vết nứt trong kết cấu, giảm được độ dài truyền ứng
suất trướ
c;

- Có lợi cho việc bố trí neo.






7

Quy định về sử dụng bêtông trong các tiêu chuẩn:

Theo Tiêu chuẩn ACI :
55MPa28
÷
.

Theo Tiêu chuẩn Anh (BS):
+ Căng trước yêu cầu không thấp hơn
a40MP
,

+ Căng sau không thấp hơn
35MPa
.









8
Kinh nghiệm thực tế:

Kinh nghiệm cho thấy đối với kết cấu bêtông ứng suất trước thi công tại hiện trường
nên sử dụng bêtông có độ bền chịu nén
40MPa30
÷
, còn đối với cấu kiện bêtông
ứng suất trước sản xuất trong nhà máy nên sử dụng bêtông có độ bền chịu nén
60MPa45 ÷
.

9

Ý nghĩa của công trình nghiên cứu của Freyssnet:

Nghiên cứu của Freyssnet là “Điểm xuất phát” của quá trình đưa kết cấu bêtông
ứng suất trước từ nghiên cứu vào ứng dụng thực tế và đồng thời gắn liền việc nghiên
cứu kết cấu bêtông ứng suất trước với nghiên cứu vật liệu.












10
2.2 BÊTÔNG
2.2.1 Phân loại
Tiêu chuẩn TCXDVN 356 : 2005 quy định về sử dụng làm kết cấu chịu lực các loại
bêtông sau:
- Bêtông nặng có khối lượng thể tích trung bình
3

2500kg/m2200 ÷
;
- Bêtông cốt liệu nhỏ có khối lượng thể tích trung bình
3
2200kg/m1800 ÷
;
- Bêtông nhẹ có cấu trúc đặc và rỗng;
- Bêtông tổ ong chưng áp và không chưng áp;
- Bêtông tự ứng suất.








11
Các chỉ tiêu chất lượng của bêtông khi sử dụng làm kết cấu chịu lực:

- Cấp độ bền nén;
- Cấp độ bền kéo dọc trục;
- Mác chống thấm;
- Khối lượng thể tích;
- Khả năng tự ứng suất.

12
2.2.2 Cường độ bêtông
1) Độ bền nén
2) Độ bền kéo
3) Cấp độ bền
Cấp độ bền chịu nén của bêtông: ký hiệu bằng chữ B, là giá trị trung
bình thống kê của độ bền chịu nén tức thời, tính bằng đơn vị MPa, với
xác suất đảm bảo không dưới 95%, xác định trên các mẫu thử khối
vuông kích thước tiêu chuẩn (150 mm x 150 mm x 150 mm) được chế
tạo, dưỡng hộ trong điều kiện tiêu chuẩn và thí nghiệm nén ở tuổi 28
ngày.
Cấp độ bền chịu kéo của bêtông: ký hiệu bằng chữ Bt, là giá trị trung
bình thống kê của độ bền chịu kéo tức thời, tính bằng đơn vị MPa, với
xác suất đảm bảo không dưới 95%, xác định trên các mẫu kéo tiêu
chuẩn được chế tạo, dưỡng hộ trong điều kiện tiêu chuẩn và thí
nghiệm kéo ở tuổi 28 ngày.


13
Tương quan giữa cấp độ bền chịu nén và độ bền chịu nén tức thời của bêtông được
xác định theo công thức:
()
1,64ν1RB
m
−=

Tương quan giữa cấp độ bền chịu nén và độ bền chịu nén tức thời của bêtông được
xác định theo công thức:
()
ttmt
1,64ν1RB −=














14
Quy dịnh sử dụng cấp độ bền của bêtông đối với KC BTƯST
theo TCXDVN 356 : 2005

Loại và nhóm cốt thép căng
Cấp độ bền của bêtông
không thấp hơn
1. Thép sợi nhóm:
B-II (có neo) B20
Bp-II (không có neo) có

đường kính:
≤ 5 mm
B20
≥ 6 mm
B30
K-7 và K-19 B30
2. Thép thanh không có neo, có đường kính:
+ từ 10 mm đến 18
mm, nhóm:
CIV, A-IV B15
A-V B20
A-VI và AT-VII B30
+ ≥ 20 mm, nhóm:
CIV, A-IV B20
A-V B25
A-VI và AT-VII B30


15
4) Độ bền của bêtông khi chịu lực theo hai hoặc ba trục

Hình ảnh về độ bền của bêtông chịu lực theo hai trục





1
σ

2
σ

0

16
5) Độ bền mỏi
Kết quả thí nghiệm được viện dẫn trong tiêu chuẩn ACI 215 (Hoa Kỳ) cho thấy khi
biên độ của ứng suất nén trong bêtông không vượt quá 55 % độ bền nén của bêtông
chịu lực tính (độ bền tĩnh lực) thì bêtông có thể chịu được 10
7
chu kỳ lặp mà không bị
phá hoại do mỏi; trong trường hợp chịu kéo và chịu uốn thì biên độ ứng suất bêtông
chịu được mà không bị phá hoại cũng vào khoảng 55% độ bền tĩnh lực tương ứng.
Nói chung, đối với kết cấu của các công trình xây dựng thông thường, khi biên độ
ứng suất không vượt quá các giới hạn này thì vấn đề độ bền mỏi của bêtông ít được
quan tâm.









17
6) Sự thay đổi cường độ theo thời gian
Trong điều kiện bình thường, sự phát triển cường độ theo thời gian của bêtông sử
dụng ximăng pooclăng có thể được xác định theo công thức của B.G. Scramtaev:

lgn/lg28RR
28n
=

(2.6)
Trong đó:

n
R
là độ bền nén của bêtông ở tuổi n ngày;
28
R
là độ bền nén của bêtông ở tuổi 28 ngày;
lg là hàm số logarit.
Bảng 2.2 : Sự phát triển cường độ của bêtông theo thời gian (CEB/FIP)
Tuổi bêtông 3 7 28 90 360
Ximăng pooclăng 0,40 0,65 1,00 1,20 1,35
Ximăng đóng rắn nhanh 0,50 0,75 1,00 1,15 1,20




18
2.2.3 Biến dạng
1) Quan hệ ứng suất - biến dạng

Quan hệ ứng suất – biến dạng của bêtông

pl
ε

el
ε
σ
R
bn
bu
ε

ε
b
σ
b
ε
R
bt
0

19
2) Môđun đàn hồi

Sơ đồ xác định môđun đàn hồi và môđun biến dạng của bêtông

pl
ε

el
ε

σ

ε

b
σ

b
ε

0

1
α

0
α
α

20
0ε0b
ε
σ
tgαE
=
∂
∂
==

b
EνtgαE
b1

'
b
==
Trong đó:
E
b
là môđun đàn hồi của bêtông khi nén;
'
b
E
là môđun biến dạng của bêtông khi nén;
b
el
b
ε
ε
ν =
là hệ số biến dạng đàn hồi của bêtông khi nén.
Khi chịu kéo:
bbt
'
bt
EνE =

Trong đó:
'
bt
E
là môđun biến dạng của bêtông khi kéo;

bt
ν
là hệ số biến dạng đàn hồi của bêtông khi kéo.

21
3) Hệ số nở ngang và môđun biến dạng trượt

Hệ số nở ngang (hệ số Poisson) của bêtông có giá trị thay đổi trong khoảng
21,011,0
÷

và thường nằm trong khoảng
20,015,0
÷
[14]. Trong tính toán thường sử dụng giá trị
0,20 đối với trường hợp chịu nén theo một hoặc hai trục, giá trị 0,18 đối với trường
hợp kéo theo một hoặc hai trục và giá trị
20,018,0
÷
đối với trường hợp cả kéo và nén.
Tiêu chuẩn TCXDVN 356 : 2005 quy định giá trị của hệ số nở ngang là 0,2 cho mọi
trường hợp.
Môđun biến dạng trượt của bêtông:
()
b
0,4E0,42E
ν12
E
G
b

b
b
≈=
+
=
.








22
4) Hệ số giản nở nhịêt
Hệ số giản nở nhiệt của bêtông thường nằm ở mức xấp xỉ
C/10
05−
. Giá trị này có thể
dao động ít nhiều phụ thuộc vào các yếu tố như thành phần bêtông, độ ẩm và tuổi
của bêtông.
Tiêu chuẩn TCXDVN 356 : 2005 quy định hệ số giản nở nhiệt của bêtông khi nhiệt
độ thay đổi trong khoảng từ - 40
0
C đến 50
0
C, tuỳ thuộc vào loại bêtông và được lấy
như trong Bảng 2.3.
Bảng 2.3 : Hệ số giản nở nhiệt của một số loại bêtông

Loại bêtông
[
]
C/10α
05
bt
−

Bêtông nặng, bêtông hạt nhỏ và bêtông
cốt liệu nhỏ loại đặc chắc
1
Bêtông nhẹ dùng cốt liệu nhỏ loại rỗng 0,7
Bêtông tổ ong và bêtông rỗng 0,8





23
5) Từ biến

Đường cong đặc trưng biến dạng do từ biến của bêtông

(a)
(b)
0
ε

t
(1)
(2)

24
Các yếu tố chính ảnh hưởng đến từ biến của BT:

Các loại đá dùng làm nguyên liệu có ảnh hưởng đến từ biến của bêtông theo thứ tự:
đá vôi, đá thạch anh, đá granite.

Tăng tỷ lệ nước / xi măng đều làm tăng biến dạng do từ biến của bêtông.

Độ ẩm cao thì biến dạng do từ biến của bêtông giảm. Từ biến của bêtông ở độ ẩm
50% gấp 1,4 lần so với ở độ ẩm 70% và gấ
p 2 lần so với ở độ ẩm 90% [17].

Tuổi của bêtông là thời gian kể từ khi bêtông được chế tạo đến thời điểm tác dụng
lần đầu tiên của tải trọng hoặc thời điểm các lần thay đổi tải trọng về sau. Tuổi của
bêtông khi gia tải lần đầu càng lớn thì càng giảm được biến dạng do từ biến. Tuổi
bêtông 28 ngày có từ biến lớ
n hơn 10% so với tuổi 90 ngày[17].

25
Hệ số từ biến :
el
cr
b
ε
ε
=
ϕ

Trong đó:

cr
ε
là biến dạng từ biến của bêtông;

el
ε
là biến dạng đàn hồi của bêtông;
Suất từ biến :
()
()
0σ
b
0cr
0b
σ
tt,ε
tt,C

→
∂
∂
=

Trong đó:

()
0b
tt,C
là suất từ biến của bêtông với tuổi gia tải
tt
0
≤
;
b
σ
là ứng suất không đổi do tải trọng tác dụng lên bêtông kể từ
tt
0
≤
;
()
0cr
tt,ε
là biến dạng từ biến của bêtông ứng với trường hợp ứng suất
b
σ
.